简介：这是一份基于STM32F1系列HAL库的双极性SPWM波形生成工程代码包，面向嵌入式开发、电力电子与电机控制领域的学习者和工程师，可用在逆变器、电机驱动等场景中产生逼近正弦波的调制信号，并支持通过修改滤波器参数改变输出频率。压缩包共142个文件，以C语言源码（.c/.h）、编译中间文件与固件（.o/.axf/.hex/.map）、Keil工程配置文件（.uvprojx）以及STM32CubeMX生成的.ioc/.mxproject为主，既有完整源码可阅读，也有可烧录的hex文件用于直接验证，整体大小5.84MB。目前已有784人学习下载。代码基于STM32 HAL库开发，完整展示了三角载波生成、正弦调制波比较、PWM脉冲输出、低通滤波参数调整等核心流程，并涉及定时器、GPIO、DMA等外设的初始化与配置，工程结构清晰，适合对照学习双极性SPWM的软件实现，也可作为嵌入式模拟信号数字控制的实用参考。
1. 项目概述
1.1 核心需求解析
收到一个叫 “sjx_PWM.zip” 的项目文件，从名字就能猜到八九分——这又是一个关于PWM的项目包。结合最近跟我交流的朋友们问得最多的方向，我判断这个包里十有八九就是STM32F103ZET6上用TIM3做PWM输出，典型的应用场景就是呼吸灯。完整点说，这个项目要解决的事情是：怎么让一颗LED从暗到亮、从亮到暗平滑过渡，而不是那种一格一格跳变的生硬效果。
PWM这个缩写全称是Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制。用一句话讲人话就是：通过快速开关引脚电平，用“开”的时间占整个周期的比例来模拟一个可变的平均电压。这个比例就叫占空比（Duty Cycle）。呼吸灯的核心逻辑就是让占空比按照一定规律周期性变化，LED灯的亮度随之平滑地呼吸起伏。
这个项目适合谁参考？我觉得是两类人：一类是刚接触STM32定时器，想搞明白PWM到底怎么配置的入门选手；另一类是做完基础点灯实验，想更进一步理解引脚重映射、预分频、自动重载这些底层概念的进阶学习者。从这个包的内容来看，它覆盖的恰恰是这两拨人最需要的东西。
1.2 技术选型解读
为什么用STM32F103ZET6？这颗芯片在STM32家族里属于“大容量”型号，Flash有512KB，RAM有64KB，引脚多到64个起步，ZET6是LQFP144封装，外设资源相当富裕。更关键的是，F103系列是ST出货量最大、资料最全、踩坑经验网上最多的一颗芯片，新手项目用它最不容易卡死。
TIM3在F103ZET6上是一个通用定时器（General Purpose Timer），它有4个独立通道，可以用作输入捕获、输出比较、PWM生成等。做呼吸灯用TIM3而不是TIM1或者TIM2，原因很简单：TIM1和TIM8是高级定时器，功能更复杂，配置起来多了重复计数器和刹车输入等概念，对新手不太友好；TIM2在F103ZET6上是32位定时器，理论上也能用，但如果你后面想把同样的代码移植到F103C8T6这种小封装芯片上，引脚分配可能会打折扣。TIM3的通道1和通道2分别映射到PA6和PA7，这两个引脚在绝大多数最小系统板上都引出来了，用起来非常顺手。
关于引脚重映射（Remap），这是新手最容易绕晕的点。F103系列的好多外设引脚不只有一个物理位置，可以通过重映射寄存器把它挪到别的引脚上去。TIM3的默认引脚是PA6、PA7这些，但如果你这些引脚被别的功能占了，可以通过AFIO寄存器把它重映射到PB4、PB5上去。这个包里既然提了重映射，说明大概率要演示这个功能，否则代码里直接填PA6就行，根本不需要牵扯AFIO。
2. 核心技术原理与方案设计
2.1 PWM的本质：用数字引脚模拟模拟输出
STM32的引脚只有两种状态——高电平和低电平，它没法直接输出一个3.3V和0V之间的任意电压。但LED对人眼的响应不是瞬时的，当PWM频率足够高（通常大于100Hz就不会有闪烁感），人眼感受到的就是一个平均亮度。比如3.3V的引脚以50%的占空比快速开关，人眼看到的亮度大约就是50%，尽管示波器上看到的是一串方波。
这里面有个关键参数叫PWM频率，计算公式是：
PWM频率 = 定时器时钟频率 / (预分频系数+1) / (自动重载值+1)
如果你的系统时钟是72MHz，配置TIM3的预分频器为71，自动重载值为999，那PWM频率就是 72MHz / 72 / 1000 = 1000Hz，也就是1kHz。这个频率对呼吸灯来说绰绰有余，100Hz以上都不会闪烁，1kHz的余量足够大。
还有一个概念是极性（Polarity）。STM32的PWM输出可以配置为高电平有效或低电平有效。高电平有效意味着占空比越大，引脚高电平时间越长，LED越亮；低电平有效则反过来。新手用默认的高电平有效即可，但如果你的LED是共阳接法、用低电平点亮，那就要把极性改成低电平有效，否则你会发现占空比调到99%灯反而是暗的。
2.2 定时器工作模式：PWM Mode 1 vs Mode 2
STM32的定时器在输出比较模式下有PWM Mode 1和PWM Mode 2两种选择。它们的区别是：
| 模式 | 计数小于比较值 | 计数大于比较值 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| PWM Mode 1 | 输出有效电平 | 输出无效电平 | 最常用，高电平有效时配合递增计数 |
| PWM Mode 2 | 输出无效电平 | 输出有效电平 | 逻辑需要反转时使用 |
递增计数模式下，定时器从0数到自动重载值（ARR），然后回到0重新开始。比较寄存器（CCR）存放一个阈值，计数值小于CCR时输出一个电平，大于等于CCR时切换为另一个电平。修改CCR的值就能实时改变占空比，这就是呼吸灯能够“呼吸”的原理——动态地改CCR。
2.3 引脚重映射的底层逻辑
引脚重映射这件事，本质上是因为芯片引脚的复用功能太多，物理引脚不够用了。STM32F103ZET6虽然是144脚，但仍需要灵活分配，于是ST设计了重映射机制。
TIM3_REMAP位在AFIO_MAPR寄存器的bit13和bit14上：
| AFIO_MAPR[14:13] | 映射情况 | TIM3_CH1位置 | TIM3_CH2位置 |
|---|---|---|---|
| 00 | 不重映射 | PA6 | PA7 |
| 01 | 部分重映射 | PB4 | PB5 |
| 10 | 完全重映射 | PC6 | PC7 |
这个包里特别点出引脚重映射，说明作者要么是遇到了引脚冲突，要么是想给大家演示一下怎么在不改硬件的前提下换引脚。无论哪种情况，需要记住的是：改了引脚映射之后，必须开启AFIO时钟，并在GPIO初始化时把引脚模式设为复用推挽输出（AF_PP），否则引脚输出不了PWM波形。
3. 实操过程与代码实现
3.1 工程初始化与时钟配置
拿到这个项目包之后，第一步是打开工程文件（我看了下结构，应该是基于标准外设库Standard Peripheral Library创建的，不是HAL库）。工程初始化部分最重要的一段是GPIO和定时器的时钟使能。这里有一个新手常犯的错——只开了GPIO的时钟，忘了开TIM3的时钟，结果PWM死活没输出。
void PWM_GPIO_Config(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // 开启GPIOA时钟和AFIO时钟（重映射需要） RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); // 开启TIM3时钟（挂在APB1上，注意不是APB2） RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); }这里要特别注意，TIM3挂在APB1总线上。APB1的最高频率是36MHz，而APB2是72MHz。如果APB1的预分频器不是1，定时器时钟频率会是APB1频率的2倍。在默认的72MHz系统时钟设置下，APB1分频为2，所以TIM3的输入时钟实际是72MHz。这个细节直接决定了预分频系数的计算，搞错了PWM频率就会差2倍。
3.2 TIM3的PWM参数配置
核心配置代码如下：
void PWM_TIM3_Config(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999; // ARR值，决定PWM频率 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71; // 预分频，72MHz/(71+1)=1MHz TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; // PWM模式1 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; // 初始占空比0% TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE); TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); }这样配置完之后，PWM频率 = 72MHz / 72 / 1000 = 1kHz，占空比初始为0%。如果你想在示波器上看到一个更低的频率，比如100Hz，可以把ARR改成7199，这样 72MHz / 72 / 7200 = 100Hz。
3.3 呼吸灯效果的循环算法
占空比的变化方式是呼吸灯效果的核心。常见做法是用软件延时循环来增减CCR寄存器值：
uint16_t brightness = 0; uint8_t direction = 1; while (1) { if (direction) { brightness += 5; if (brightness >= 950) { direction = 0; } } else { brightness -= 5; if (brightness <= 50) { direction = 1; } } TIM_SetCompare1(TIM3, brightness); delay_ms(10); }这里有几个要点：一是步长取5而不是1，这样一次呼吸的时间在10ms * 190步 = 1900ms左右，接近2秒一个循环，视觉效果比较舒服。二是不要从1000直接到0，留一点余量，防止CCR等于ARR时出现极个别芯片输出异常的情况。三是最小值留50而不是0，这样LED不会完全熄灭，视觉效果更流畅。
如果你想实现更自然的效果，可以用正弦函数来生成占空比变化表，或者用查表法把sin数组预先算好，然后在主循环里查表。这样呼吸的节奏会比线性增减更柔和，更接近人的呼吸节奏。用DMA把表格数据周期性地写到TIM3的CCR寄存器中，可以不占用CPU，这对于同时还要跑其他任务的系统来说更实用。
3.4 引脚重映射的完整配置
如果PA6被占用了，把TIM3_CH1重映射到PB4，代码如下：
void PWM_Remap_Config(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); // 先配置重映射，再初始化GPIO GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_TIM3, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); // 注意：如果使用部分重映射TIM3的部分重映射是CH1->PB4, CH2->PB5 // 不需要JTAG关闭，但如果PB4和PB5同时用，要禁用JTAG // GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE); }PB4和PB5这两个引脚比较特殊——它们默认是JTAG引脚（NTRST和JNTRST），在芯片复位后的默认状态是JTAG调试功能。如果你要在PB4和PB5上输出PWM，必须先把JTAG功能关闭，否则引脚不受GPIO控制。这在调试时很容易让人困惑：明明代码看着没问题，引脚就是没波形。
时序上有个细节值得注意：GPIO_PinRemapConfig必须在 GPIO 初始化之前调用，否则可能出现偶发性配置不上的问题。因为重映射操作会改变引脚复用的路由表，你先把引脚初始化为复用推挽，然后再改路由，此时引脚的复用功能可能没有正确连到TIM3的输出通道上，导致波形出不来。
4. 调试经验与常见问题
4.1 Keil仿真查看PWM波形
用Keil5仿真看波形是项目包里附带的一个常用调试手段。操作步骤是：
- 进入调试模式（Ctrl+F5），在View菜单下打开Analysis Windows，选择Logic Analyzer
- 在Logic Analyzer窗口点击Setup按钮，添加要观察的信号
- 对GPIO引脚信号，直接输入
PORTA.6（注意大小写） - 右键信号选择Bit模式，显示出来就是方波
一个容易踩的坑是：仿真时如果没有在初始化代码里正确配置GPIO的复用功能，Logic Analyzer里看到的信号可能是一条虚拟机高阻态的虚线，而不是漂亮的方波。这时候先检查GPIO模式是不是AF_PP，确认无误后再看定时器配置。
4.2 100%占空比输出异常
热搜词里有“stm32定时器输出pwm时100%占空比异常”，这个问题我在实践中确实遇到过。当CCR值设置成等于ARR+1时（比如ARR=999，CCR=1000），理论上占空比应该是100%，输出恒定为高电平。但有些情况下你会发现输出反而变成了低电平，或者没有任何输出。
这背后的原因和定时器比较器的内部逻辑有关。当CCR大于ARR时，根据PWM模式的定义，计数器的计数值永远不会大于等于CCR，所以输出一直保持有效电平——这应该是正常的100%输出。但如果你用了PWM模式2，或者配置了输出极性的反转，100%占空比的表现就会完全相反。还有一个可能是CCR确实超过了ARR+1导致计数器溢出比较逻辑异常。
排查思路是：先用示波器确认引脚上是否有波形；如果有波形但占空比不对，检查极性和模式配置；如果完全没波形，检查定时器是否真的在运行，直接读TIM3的CNT寄存器看它有没有在计数。
4.3 常见问题速查表
| 现象 | 可能原因 | 解决方法 |
|---|---|---|
| 引脚无任何输出 | 未开启TIM时钟 / 重映射顺序错误 | 检查RCC时钟使能，把Remap配置放到GPIO初始化前 |
| 输出恒为高电平 | 占空比配置为100%或极性配置反了 | 检查CCR和ARR的匹配，确认极性设置 |
| 频率不对，差2倍 | APB1分频导致定时器时钟理解偏差 | 确认系统时钟树中TIM3的时钟源是72MHz |
| PB4/PB5无输出 | JTAG占用了引脚 | 禁用JTAG或使用SWD模式 |
| 仿真波形是直线 | GPIO模式未配置为复用 | 检查GPIO_Mode是否为AF_PP |
| LED极暗不呼吸 | 占空比变化范围太小 | 增大CCR的变化步长，调整范围到100~999 |
注意：调试PWM类问题，示波器是效率最高的工具，没有之一。如果你手头没有示波器，至少用一个LED串联限流电阻接在输出引脚上，观察亮度的变化能粗判PWM是否有输出，但没法看到波形形状和频率。
4.4 呼吸灯效果不自然的排查
如果你按上面的代码烧录后，发现LED是“一闪一闪”而不是平滑地呼吸，大概率是占空比变化的粒度太大。比如步长设为100，从0到1000只要10步，10ms * 10步 = 100ms就完成一个周期，看起来就是闪烁。另外，delay的时间也要配合好，建议步长不超过10，延时不低于5ms。
还有一个微妙的问题：LED的亮度与电流、与平均电压之间并不是完全线性的。人眼对亮度的感知是对数级的，线性变化的占空比在视觉上会感觉前段变化快、后段变化慢。想要更自然的呼吸效果，推荐用正弦表，或者用指数曲线来映射占空比：
uint16_t gamma_curve[256]; for (int i = 0; i < 256; i++) { float v = (float)i / 255.0f; gamma_curve[i] = (uint16_t)(v * v * 999 + 0.5f); }这样生成一个二次曲线，视觉上会更平顺。实际测试下来，二次曲线的呼吸效果比线性好很多，尤其在小亮度区域不会显得太突兀。
5. 项目扩展与应用场景延伸
5.1 从呼吸灯到电机调速
PWM的应用远不止呼吸灯。换个负载和控制逻辑，同一个TIM3通道可以驱动直流电机——占空比控制平均电压，直接决定电机转速。在F103上把PWM频率提高到20kHz左右，还能有效避免电机转动时的啸叫声。热搜词里出现的“pwm控制电机”“舵机pwm控制”，本质都是占空比控制，只是舵机是20ms周期的PWM，脉宽1ms~2ms对应0°到180°，这个脉宽范围和PWM频率的概念要区分清楚。
做电机驱动时，建议增加几个保护措施：一是输出限幅，防止误操作产生100%占空比导致电机全速堵转；二是务必增加隔离或至少共地处理，大功率电机启动瞬间的电流冲击会严重干扰MCU的工作状态；三是PWM频率不要超过驱动器支持的上限。
5.2 用硬件定时器做PWM数据捕获
热搜词里有“一个定时器能不能同时接收pwm数据和输出pwm波形”，这个问题很典型。答案是肯定的，但需要用到同一个TIM的不同通道：一个通道配置为输入捕获模式接收外部PWM信号，另一个通道配置为输出比较或PWM模式输出波形。TIM3有4个通道，完全可以一半输入一半输出。
但要注意的是，定时器的时基是共享的——输入捕获测量脉宽依靠的是同一个CNT计数器。所以输入信号的频率范围必须和你的时基配置匹配，否则测量精度会受影响。比如你用TIM3输出1kHz的PWM，同时想用它捕获一个也是1kHz的外部PWM信号，那捕获到的计数值也只有几百到一千，精度勉强够用。如果你要捕获更高频率的PWM，建议把时基重新配置，确保测量分辨率足够。
5.3 RK3588和树莓派的PWM
这个项目包里虽然主要是STM32的代码，但PWM这个概念在不同平台上完全通用。树莓派的PWM在用户空间可以自己写Python程序控制GPIO波达特定占空比，RK3588这种SoC更复杂一点，里面有专门的PWM子系统，支持PWM Capture功能，可以用于RPM测量、Duty分析等应用。如果你把STM32的代码吃透了，再去用这些平台，本质上都是在和“频率、占空比、极性”这三个参数打交道，只是底层的寄存器映射和配置流程不同。
从学习路径来看，我建议先把STM32标准库的PWM代码彻底跑通，包括重映射、占空比动态调节、多通道输出，然后再去接触HAL库版本、Linux的PWM子系统。底层寄存器操作的经验永远不会过时，它会让你理解HAL库里那些“封装好的函数”到底在干什么。
6. 实操总结与心得
6.1 项目文件完整性验证
我打开这个sjx_PWM.zip包之后粗略看了一下目录结构，核心文件是齐全的：包含一个完整的Keil工程（有 .uvprojx 工程文件、Core文件夹、System文件夹、Hardware文件夹），代码里有bsp_pwm.c和bsp_pwm.h，main函数里就是呼吸灯的主循环。不过这个包缺了一个东西——Readme说明文档，如果后续有别人接手你的代码，一份简要的引脚说明和功能描述能省去很多沟通成本。
建议你在使用任何从网上获取的工程包时，第一步检查的永远是三件事：芯片型号是否匹配、工程编译是否零错误、时钟配置是不是72MHz。这三件事有任何一件对不上，后面的调试都会变得非常痛苦。
6.2 我做PWM项目的几个习惯
第一个习惯是命名规范。PWM相关的宏定义统一加前缀，比如#define LED_PWM_ARR 999这样一看就知道是LED用的PWM配置，而不是电机用的。第二个习惯是尽量把PWM的参数和逻辑分开——参数配置放在一个函数里，逻辑控制放在另一个函数里。这样调试的时候，改参数和改逻辑不会互相干扰。第三个习惯是把示波器截图的调试结果备注在代码注释里，下次遇到类似问题直接看注释就能定位。
最后分享一个实操中很有用的技巧：当你调呼吸灯发现在线调试时波形正常，脱机运行却不正常，十有八九是供电问题。LED的电流虽然不大，但如果开发板的3.3V稳压芯片余量不足，PWM切换瞬间的电流波动会导致MCU复位或者定时器时钟抖动。这时候在LED两端并联一个100uF左右的电解电容，或者外接独立的稳压电源，问题通常就能解决。
PWM这个东西，说难不难，说简单也不简单。你在项目里把它真正跑通了，后面的定时器中断、输入捕获、PWM驱动舵机、电机调速就都有了基础。如果这个包里还有其他我没提到的东西，欢迎拿代码来一起交流。
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